package LeetCode;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/*
    146. LRU 缓存
*
请你设计并实现一个满足  LRU (最近最少使用) 缓存 约束的数据结构。
实现 LRUCache 类：
LRUCache(int capacity) 以 正整数 作为容量 capacity 初始化 LRU 缓存
int get(int key) 如果关键字 key 存在于缓存中，则返回关键字的值，否则返回 -1 。
void put(int key, int value) 如果关键字 key 已经存在，则变更其数据值 value ；如果不存在，则向缓存中插入该组 key-value 。如果插入操作导致关键字数量超过 capacity ，则应该 逐出 最久未使用的关键字。
函数 get 和 put 必须以 O(1) 的平均时间复杂度运行。



示例：

输入
["LRUCache", "put", "put", "get", "put", "get", "put", "get", "get", "get"]
[[2], [1, 1], [2, 2], [1], [3, 3], [2], [4, 4], [1], [3], [4]]
输出
[null, null, null, 1, null, -1, null, -1, 3, 4]

解释
LRUCache lRUCache = new LRUCache(2);
lRUCache.put(1, 1); // 缓存是 {1=1}
lRUCache.put(2, 2); // 缓存是 {1=1, 2=2}
lRUCache.get(1);    // 返回 1
lRUCache.put(3, 3); // 该操作会使得关键字 2 作废，缓存是 {1=1, 3=3}
lRUCache.get(2);    // 返回 -1 (未找到)
lRUCache.put(4, 4); // 该操作会使得关键字 1 作废，缓存是 {4=4, 3=3}
lRUCache.get(1);    // 返回 -1 (未找到)
lRUCache.get(3);    // 返回 3
lRUCache.get(4);    // 返回 4


提示：

1 <= capacity <= 3000
0 <= key <= 10000
0 <= value <= 105
最多调用 2 * 105 次 get 和 put
*
*/
public class Code146_LRUCache {
    // 定义缓存的容量
    int capacity;

    // 定义双向链表节点类
    class DbLinkList {
        int key;
        int value;
        private DbLinkList pre;
        private DbLinkList next;

        // 构造函数，初始化节点的键和值
        public DbLinkList(int k, int val) {
            key = k;
            value = val;
        }
    }

    // 使用HashMap存储键值对，以便快速查找到对应的节点
    Map<Integer, DbLinkList> map = new HashMap<>();

    // 初始化双向链表的头尾节点，作为哨兵节点，简化边界处理
    DbLinkList head = new DbLinkList(-1, -1);
    DbLinkList tail = new DbLinkList(-2, -2);

    // 构造函数，初始化缓存容量，并连接头尾节点
    public Code146_LRUCache(int capacity) {
        this.capacity = capacity;
        head.next = tail;
        tail.pre = head;
    }

    // 获取节点的值，如果节点存在，则将其移动到链表头部，并返回值
    public int get(int key) {
        if (map.containsKey(key)) {
            // 头插
            DbLinkList temp = map.get(key);
            deleteNode(temp);
            insertToHead(temp);
            return map.get(key).value;
        }
        return -1;
    }

    // 插入或更新节点，如果键已存在，则更新值并将其移动到链表头部；
    // 如果键不存在且达到容量上限，则删除链表尾部节点后插入新节点到头部
    public void put(int key, int value) {
        if (map.containsKey(key)) {
            // 更新成新值
            map.get(key).value = value;
            // 头插
            deleteNode(map.get(key));
            insertToHead(map.get(key));
        } else if (map.size() == capacity) {
            // 删除链尾
            deleteTail();
            // 头插新值
            DbLinkList node = new DbLinkList(key, value);
            map.put(key, node);
            insertToHead(node);
        } else { // 正常插
            DbLinkList node = new DbLinkList(key, value);
            map.put(key, node);
            insertToHead(node);
        }
    }

    // 删除链表中的指定节点，调整相邻节点的指针
    public void deleteNode(DbLinkList node) {
        node.pre.next = node.next;
        node.next.pre = node.pre;
        node.next = null;
        node.pre = null;
    }

    /**
     * 将节点插入到链表头部，调整相关节点的指针
     * 此方法的目的是在链表的头部插入一个新的节点，需要调整新节点以及现有节点的指针以保持链表的连续性
     *
     * @param node 要插入的新节点
     */
    public void insertToHead(DbLinkList node) {
        // 设置新节点的下一个节点为当前头节点的下一个节点
        node.next = head.next;
        // 设置新节点的前一个节点为当前头节点下一个节点的前一个节点，这在当前头节点为空时仍然有效，因为head.next.pre指向自身
        node.pre = head;
        // 更新新节点的下一个节点的前一个节点为新节点，以完成插入并保持双向链表的特性
        node.next.pre = node;
        // 更新头节点的下一个节点为新节点，即将新节点插入到链表头部
        head.next = node;
    }


    // 删除链表尾部节点，用于淘汰最久未使用的节点
    public void deleteTail() {
        DbLinkList temp = tail.pre;
        deleteNode(temp);
        map.remove(temp.key);
    }
}

